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2023年6月1-3日 | 苏州国际博览中心B1-E1号馆

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医疗器械设备展盘点超声波喷涂的工作原理和优势,用于药涂球囊和药涂支架

2023-01-06

超声波喷涂,又名超声喷涂,是一种利用超声波雾化技术进行的喷涂工艺。超声波精密喷涂系统,是集成超声波雾化喷头、超声波发生器、供液系统、运动系统、加热系统、排风系统等为一体的表面精密超声波喷涂设备。

喷涂的材料首先为液体状态,液体可以是溶液、溶胶、悬浮液等,医疗器械设备展Medtec China 了解到液体涂料先通过超声波雾化装置雾化成微细颗粒,然后再经一定量的载流气体均匀涂覆在基材的表面,从而形成涂层或薄膜。

 

    

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超声波喷涂与传统的单流体或二流体喷涂最大的区别在于雾化装置或雾化喷头采用了超声波雾化装置,即超声波喷头。与此同时,由于超声波喷头并不需要气压辅助就可以雾化,所以超声喷涂可以大大减少喷涂过程造成的涂料飞溅,从而极大程度地减少了涂料的浪费,超声喷涂的涂料利用率是传统二流体喷涂的4倍以上。

超声波喷涂的工作原理

1.超声波喷嘴

超声波喷嘴是一种喷雾喷嘴,它利用压电换能器产生的高频振动作用在喷嘴头上,从而在液膜中产生毛细波。一旦毛细管波的振幅达到临界高度(由于发生器提供的功率水平),它们就会变得太高而无法支撑自身,微小的液滴会从每个波的尖端掉落,从而导致雾化。

影响初始液滴尺寸的主要因振动频率、表面张力和液体粘度。频率通常在20–180 kHz范围内,超出了人的听力范围,在此范围内,最高频率会产生最小的液滴大小。

2.超声波喷嘴的历史

1962年,罗伯特·朗格博士继续进行这项工作,从本质上证明了他的雾化液滴尺寸与瑞利液体波长之间的相关性。超声波喷嘴由Harvey L. Berger博士首先商业化。1975年1月21日公开的美国A 3861852,“带有改进的超声雾化器的燃油燃烧器”,转让给Harvey Berger。

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超声波喷嘴超声波喷嘴的工作原理是利用超声波换能器将高频声波转换成机械能,然后将其转换成液体,从而产生驻波。当液体离开喷嘴的雾化表面时,它会破碎成均匀的微米大小液滴的细雾。与传统的依靠压力和高速运动将液体分解成小颗粒的喷嘴不同。超声波喷头使用液体超声波雾化,超声波振动能量低。液体可以通过自重或低压液体泵输送到喷头,以进行连续或间歇雾化。

超声波喷嘴截面图(图片来源:网络)

3.超声波喷涂工作原理

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每个超声喷嘴都以特定的频率工作,这决定了液滴大小。喷嘴采用高强度的钛合金和不锈钢材料制造,使其耐化学侵蚀并提供好的性能。通过沿喷嘴长度方向延伸的无堵塞的进料管将液体引入雾化表面,在雾化表面上的液体中产生震动。为了使液体雾化,雾化表面的振动幅度小心控制。在所谓的临界振幅之下,超声波能量不足以产生雾化液滴。如果幅度过高,则液体被撕开,并喷出大量的“流体块”。只有在一个特定的较窄的范围内,才产生超声波喷涂的低速细雾。

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上面所示的喷嘴具有锥形雾化表面,其目的是分散喷雾。而有些应用要求喷雾窄,在这种情况下,喷头表面是平坦的。根据喷雾图案的宽度要求和所需的流量,喷头表面基本分成下面三种。

超声波喷涂的主要优势

1.涂层均匀度高

通过超声喷头雾化后的液体颗粒分布均匀度显著高于二流体喷头,也就是俗称的空气喷枪,从而超声喷头喷涂后的涂层均匀度也就有了提高。通常情况,超声喷涂的涂层均匀度可达到95%以上。

2.原料利用率高,飞溅少

由于超声喷涂是通过超声波振荡进行的液体雾化,涂料被雾化的过程不需要任何气体,也就是雾化过程无需压力,仅仅在雾化后施加很低的载流气压力来输送液雾,故此极大程度地减少了二流体喷涂高压空气造成的液体反弹和飞溅,从而大幅提高了涂料的利用率。超声喷涂的原料利用率是普通空气喷涂的4倍以上,利用率最高可到90%以上。

3.涂层厚度控制精度高

影响涂层厚度精度的主要因素是涂料的喷涂流量,也就是单位时间内基材上的载料量。超声喷头对液体无任何压力作用,故此可完全通过高精度的计量泵控制雾化喷涂的涂料液体流量,从而实现了高精度的喷涂流量控制。如高精度的注射泵,其流量控制精度可达皮升每秒的级别,而对超声喷头的微流道设计也可整体实现纳升每秒的控制精度。

4.涂层厚度薄,可达到几十纳米

由于超声喷头的喷雾量可以实现极低的稳定流量(0.001ml/min),故此可在基材上实现极少的上载量,从而实现很薄的干膜。对于某些纳米材料,其干膜厚度可低至数十纳米

5.喷头不堵塞、维护成本低

由于超声喷头是通过超声振荡来实现的液体雾化,而雾化颗粒的由超声振荡频率来决定,故此其与二流体喷头不同,喷头的孔径无需很小来实现细小的雾化颗粒,所以减少了喷头堵塞的风险。

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超声波喷涂在介入器械领域的应用

超声喷涂目前在血管介入领域的应用主要有两个:药涂球囊和药涂支架。

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超声波药物洗脱支架喷涂系统可应用于可植入药物洗脱支架表面的防止血管再狭窄聚合物涂层的制备。与传统的二流体喷头相比,超声波喷头能够对复杂的支架喷涂一层能够完全覆盖支架并且没有橘皮和粘连的更加均匀的药物涂层。此外,用超声喷涂技术获得的涂层比浸涂获得的涂层更薄。超声波喷涂技术可以精确地控制喷涂支架时的上药量,使得喷涂的控制更加精确。微细型超声波喷头可获得低至0.001ml/min的极低流量,对冠脉支架、颅内支架等细小支架保持高精度的上药量。

文章来源: 医休神介说

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